《轮胎压力监测系统的设计》

1．1．2 微处理器
微处理器选择。Micro-chip公司的：PIC16F636。其主要特点有：
①高性能RISC技术。仅需学习35条指令，这给程序的编写、调试、修改带来极大的便利，便于软件模拟SPI串口及开漏极引脚。
②极低的功耗水平。在1 MHz时钟频率下工作电流约为100μA，而在休眠情况下的典型工作电流仅为1 nA。
轮胎压力监测系统的设计
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中国·
2011年12月
前言
随着汽车越来越多地进入家庭，汽车行驶的安全问题也成为人们越来越关注的话题。汽车轮胎压力监测系统（TPMS）由此应运而生，它是继ABS、安全气囊后第3个重要的汽车安全电子产品，主要用于在汽车行驶过程中对轮胎气压、温度进行实时自动监测，并对出现的异常情况进行实时报警，是驾车者和乘车人员的生命安全保障预警系统。
发射芯片选择Maxim公司的MAX1479。其特点有：采用微型3 mm×3 mm的16引脚QFN封装，3 V工作电压，汽车级温度范围（一40℃～十125℃）、快速开启振荡器（200μs）、自带锁相环PLL和高效功率放大器，支持ASK、OOK和FSK调制方式，超低功耗（常温下待机电流仅为0．2 nA），可调节的FSK偏移，可编程的时钟输出。
2．2 监视器模块电路
图3所示为中央接收处理模块的电路原理。数据管理器支持MC33594与GZ16控制器通信，可以键盘输入轮胎压力的阈值，各个轮胎的压力值与温度值通过液晶显示更加直观。当轮胎充气压力出现异常时，蜂鸣器与发光二极管进行声光报警，由液晶屏上相应的轮胎图像闪烁提
示。
③工作温度范围宽。汽车级温度范围为一40℃～125℃。
④彻底的保密性。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，其他人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。
⑤自带看门狗定时器。为系统提供了恶劣环境下自复位的功能，提高程序运行的可靠性。
1．1．3 发射芯片
2. 硬件电路设计
2．1 轮胎模块电路
图2所示为轮胎模块电路原理图。模块安装在轮胎气门芯上，由3 V锂电池供电。射频芯片的晶振频率为13．56 MHz，发射方式为FSK，RF频率为433．92 MHz。PIC16F636使用内部晶振，抗干扰能力强。采用曼彻斯特编码提高数据射的可靠性。晶振频率的计算公式
1.总体设计及主要元器件选择
轮胎压力监测系统（TPMS）的工作是通过射频收发来实现的，由轮胎模块和监视器模块组成。图1为其系统结构框图。
1．1 轮胎模块
轮胎模块由传感器、微处理器、发射芯片、电池和天线组成。因为此模块要嵌入到轮胎内，所以模块的超小型和节电设计是最关键的问题。
1．1．1 传感器
传感器选择Motorola公司的压力／温度传感器MPXY8020A。它是一种表面微机械型电容性微机电系统（MSMS）压力传感器。其特点有：专门的TPMS气压和温度传感器、CMOS工艺、低功耗、3 V工作电压、带有MCU唤醒功能的集成低频振荡器、8位数字输出；全部功能集成在单一芯片上，降低了功耗，适合条件要求苛刻的电池供电系统；测压范围为一40℃～+125℃，测温范围为0～637 kPa；它具有4种工作模式，即待机／复位、压力测量、温度测量和数据输出。用户可以通过设置S0和S1引脚选择相应的模式，如表1所列。由表1可以发现，MPXY8020A在不同的工作模式下，需要的工作电路不同，从而达到降低功耗的目的。
1．2．2 微处理器
监视器模块的微处理器选择Motorola公司的48脚MC68HC908GZ16（简称“GZ16”）。它是Freescale公司的一款采用68HC08架构的8位微控制器，资源齐全，尺寸小，适合监控器模块的功能要求以及汽车的运行环境。其主要资源包括：1个CAN模块、1个SPI模块、1个ESCI模块、2个双通道16位定时器接口模块、8路10位A／D通道、1个基本时钟模块、37个通用输入输出引脚、8位键盘唤醒端口。该控制器采用PLL锁相环技术，能够产生最高8MHz的总线频率。
目前TPMS的实现形式主要有两种：基于车轮转速的TPMS（Wheel-Speed Based TPMS），又叫“间接式TPMS”；基于压力传感器的TPMS（Pressure-SensorBasedபைடு நூலகம்TPMS），又叫直接式TPMS”。间接式TPMS是通过汽车ABS系统的轮速传感器比较车轮之间的转速差别，来确定轮胎压力的变化，这种方式现在用得不多。直接式TPMS是在每个轮胎内使用压力传感器和温度传感器，然后把采集到的压力和温度信号通过有线或无线的方式传送到汽车驾驶室内的主控制器进行处理，目前大多数TPMS采用无线的方式进行压力和温度数据的传送。现在直接式TPMS用得比较广泛。在这种方式中，轮胎内轮胎模块一旦装上，电池就不断地工作，因此轮胎模块低功耗和车轮高速转动时射频接收灵敏度以及噪声抑制就成为系统设计的关键问题。在此原则之下，本文提出了一种新的TPMS设计方法。实验结果表明：所开发的系统工作可靠，能够达到安全预警的目的。
1．2．3 LCD显示器
LCD显示器选择三星公司的点阵式液晶显示器LG192641。它具有如下特点：192×64点阵，可视区范围大（外形尺寸113．0 mm×71．0 mm×9．5 mm，可视区为97．0 mm×48．0 mm），内置液晶控制驱动器，单5 V供电／双电源供电可选，工作温度范围宽（-20℃～+70℃），采用LED背光且EL背光可选，强光下显示效果好。
1．2 监视器模块
监视器模块主要由接收芯片、微处理器、LCD显示器和按键组成。
1．2．1 接收芯片
接收芯片选择Motorola公司的MC33594（Remeo2），它是一个单片集成射频接收器。其特点有：采用LQFP24封装，快速唤醒（1 ms），内含660kHz的中频带通滤波器，完整的压控振荡器（VCO），可消除镜像的混频器，自动对接收到的曼彻斯特编码解码（FSK工作模式），曼彻斯特编码时钟再生电路SPI接口，可用于设计433．92 MHz的OOK／FSK接收电路。